কোন অপটিক্যাল ট্রান্সসিভারগুলি দ্রুত ডেটা ট্রান্সমিশন নিশ্চিত করে?

উচ্চ-গতির নেটওয়ার্কে অপটিক্যাল ট্রান্সসিভারের মূল কাজ

বৈদ্যুতিক-থেকে-আলোকিক রূপান্তর এবং সিগন্যাল ইন্টিগ্রিটি রক্ষা

অপটিক্যাল ট্রান্সিভারগুলি বৈদ্যুতিক নেটওয়ার্ক সরঞ্জাম এবং আমরা যেসব কাচের সূক্ষ্ম তন্তুকে 'অপটিক্যাল ফাইবার' বলি, তাদের মধ্যে মধ্যস্থতাকারী হিসেবে কাজ করে। এই ছোট্ট কিন্তু শক্তিশালী ডিভাইসগুলি বৈদ্যুতিক সংকেতগুলিকে লেজার ডায়োডের মাধ্যমে আসল আলোক পালসে রূপান্তরিত করে, এবং অন্য প্রান্তে ফটোডিটেক্টরগুলি সেই আলো গ্রহণ করে এবং তা আবার বিদ্যুতে রূপান্তরিত করে। এই দ্বিমুখী যোগাযোগ পদ্ধতির মাধ্যমে আমরা ফাইবার নেটওয়ার্কের মাধ্যমে বিশাল পরিমাণ ডেটা অবিশ্বাস্য গতিতে প্রেরণ করতে পারি। এই সংকেতগুলিকে পরিষ্কার ও অক্ষত রাখা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। তাই নির্মাতারা PAM4 মডুলেশন এবং ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর (DSP) এর মতো উন্নত প্রযুক্তির উপর নির্ভর করেন। এই প্রযুক্তিগুলি সংকেতের বিস্তার (ডিসপার্শন), সংকেত ক্ষয় (অ্যাটেনুয়েশন) এবং বিভিন্ন ধরনের অরৈখিক প্রভাব—যা সংকেত প্রেরণকে বিঘ্নিত করতে পারে—এর বিরুদ্ধে লড়াই করে। এমনকি ৪০০ জিবিপিএস (Gbps) এবং তার পরের ঝড়ো গতিতেও এই সিস্টেমগুলি বিট ত্রুটিকে প্রায় অদৃশ্য রাখতে সক্ষম হয়। কল্পনা করুন, যদি এমন নির্ভুল ইলেকট্রো-অপটিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং না থাকত, তবে আমাদের ডেটা সেন্টার এবং কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (AI) অপারেশনগুলি কেমন হত! আমাদের বিশাল ডেটা স্থানান্তর সম্পন্ন হওয়ার জন্য চিরকাল অপেক্ষা করতে হত।

কীভাবে তরঙ্গদৈর্ঘ্য, ডেটা রেট এবং দূরত্ব পারফরম্যান্স নির্ধারণের জন্য পারস্পরিকভাবে ক্রিয়া করে

ট্রান্সিভারগুলির প্রদর্শন এবং বাস্তবায়নের সম্ভাবনা আসলে তিনটি মূল কারণের উপর নির্ভর করে—যথা তরঙ্গদৈর্ঘ্য, ডেটা হার এবং দূরত্ব। তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্বাচন করার সময় ফাইবার প্রকারের সাথে সামঞ্জস্যতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ছোট দূরত্বের জন্য ৮৫০ ন্যানোমিটার (nm) তরঙ্গদৈর্ঘ্য সাধারণত মাল্টিমোড ফাইবারের সাথে ব্যবহৃত হয়, যা প্রায় ১০০ মিটার দূরত্বে ১০০G ডেটা হার পর্যন্ত সমর্থন করে। কিন্তু দীর্ঘ দূরত্বের জন্য প্রকৌশলীরা সিঙ্গেল-মোড ফাইবারের সাথে ১৫৫০ nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য ব্যবহার করেন, যা প্রায় ২ কিলোমিটার পর্যন্ত দূরত্বে ৪০০G সংকেত প্রেরণ করতে পারে। যখন ডেটা হার ৪০০G থেকে শুরু করে ৮০০G পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়, তখন সহযোগী অপটিক্স (coherent optics) অথবা উন্নত PAM4 সিগন্যালিং পদ্ধতির প্রয়োজন হয়—এই দুটোর কোনোটিই এড়ানো যায় না। তবে এর একটি খরচ রয়েছে—বিদ্যুৎ খরচ বৃদ্ধি পায় এবং ট্রান্সমিশন পথে সমস্যার প্রতি সংবেদনশীলতা বৃদ্ধি পায়। দূরত্ব কারণটিও বেশ কড়া সীমাবদ্ধতা নির্ধারণ করে। রঙ-বিক্ষেপণ (chromatic dispersion) এবং শোর লেভেল হ্রাসের কারণে অধিকাংশ ৮০ কিমি দূরত্বের সংযোগ ২০০G-এর বেশি সমর্থন করতে পারে না। অন্যদিকে, ছোট ১০ কিমি দূরত্বের লিঙ্কগুলি যদি উপযুক্ত ফরওয়ার্ড এরর করেকশন (FEC) পদ্ধতি এবং ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসিং (DSP) কম্পেনসেশন প্রয়োগ করা হয়, তবে সেগুলি আসলে ৮০০G গতিতে কাজ করতে পারে। বাস্তব জগতের নেটওয়ার্ক ডিজাইনাররা এই প্রতিযোগিতামূলক চাহিদাগুলির মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখতে অনেক সময় ব্যয় করেন, যখন তারা এমন সিস্টেম তৈরি করেন যা সময়ের সাথে সাথে বাজারের পরিবর্তনগুলির সাথে স্কেল করতে এবং অভিযোজিত হতে পারে।

আধুনিক অপটিক্যাল ট্রান্সিভারগুলিকে চালিত করছে এমন গুরুত্বপূর্ণ উপাদান

লেজার ডায়োড, ফটোডিটেক্টর এবং ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর (DSP): গতি ও নির্ভুলতা নিশ্চিত করছে

আজকের অপটিক্যাল ট্রান্সিভারগুলি তিনটি প্রধান অংশের সমন্বিত কাজের উপর নির্ভরশীল: লেজার ডায়োড, ফটোডিটেক্টর এবং যেসব উন্নত ডিজিটাল সিগন্যাল প্রসেসর (DSP) আমরা সাধারণত DSP বলি। লেজার ডায়োডগুলি স্থিতিশীল ও দ্রুত অপটিক্যাল সিগন্যাল তৈরি করে, সাধারণত বিতরণকৃত ফিডব্যাক (Distributed Feedback) প্রযুক্তি বা নতুন সিলিকন ফোটোনিক্স সেটআপের মাধ্যমে, যা ফাইবার কেবলের মাধ্যমে ডেটা প্রেরণের সময় সিগন্যাল ক্ষয় ন্যূনতম রাখতে সহায়তা করে। ফটোডিটেক্টরের ক্ষেত্রে, অধিকাংশ সিস্টেম PIN বা অ্যাভালাঞ্চ ধরনের ডিটেক্টর ব্যবহার করে আগত আলোক সিগন্যালকে পুনরায় স্পষ্ট বৈদ্যুতিক সিগন্যালে রূপান্তরিত করতে। এই ডিটেক্টরগুলির অত্যন্ত দ্রুত প্রতিক্রিয়াশীল হওয়া প্রয়োজন এবং শোর স্তর কম রাখতে হবে, যাতে ডেটা অক্ষুণ্ণ থাকে। এরপর আছে DSP-গুলি, যেগুলি পটের পিছনে বিভিন্ন জটিল কাজ সম্পাদন করে—যেমন রিয়েল-টাইমে সিগন্যাল ইকুয়ালাইজেশন, ঘড়ির সময় পুনরুদ্ধার, এবং ট্রান্সমিশনের সময় যেকোনো সমস্যা সংশোধনের জন্য FEC কোড ডিকোডিং। এই সমস্ত উপাদান একত্রে কাজ করে ১০০ কিলোমিটারের অধিক দূরত্বেও অত্যন্ত নিম্ন বিট এরর রেট (১E-১৫-এর নিচে) অর্জন করে। আর নিশ্চিত ল্যাটেন্সি (deterministic latency) এর প্রয়োজনীয়তা সম্পর্কে ভুললে চলবে না, যা আধুনিক হাইপারস্কেল ডেটা সেন্টারগুলি পরিচালনা করতে এবং বর্ধিষ্ণু ৫জি নেটওয়ার্ক ইনফ্রাস্ট্রাকচারকে সমর্থন করতে এই সিস্টেমগুলিকে অপরিহার্য করে তোলে।

৪০০ জিবি+ দক্ষতা চ্যালেঞ্জ: শক্তি, তাপ এবং ব্যান্ডউইডথের মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখা

৪০০ জিবি-এর সীমা অতিক্রম করা তাপ ও শক্তি খরচের ক্ষেত্রে গুরুতর সমস্যা সৃষ্টি করে। প্রতিবার ডেটা হার দ্বিগুণ হলে, শক্তির চাহিদা প্রায় ৬০ থেকে ৭০ শতাংশ বৃদ্ধি পায়, যা ঘন সংকুলিত সুইচ পোর্টগুলিতে আরও বেশি তাপ উৎপন্ন করে। এই অতিরিক্ত তাপকে অনিয়ন্ত্রিত রাখলে সংকেতগুলি বিকৃত হয়, উপাদানগুলি দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং শেষ পর্যন্ত সিস্টেমের বিশ্বস্ততা হ্রাস পায়। শিল্প ক্ষেত্রে এই সমস্যাগুলি মোকাবেলার জন্য কয়েকটি পদ্ধতি উদ্ভাবন করা হয়েছে। কিছু প্রস্তুতকারক মাইক্রো-চ্যানেল হিটসিংক একীভূত করছেন, অন্যরা হালকা ট্রাফিকের সময় শক্তি ব্যবহার প্রায় ৩০ শতাংশ কমাতে সক্ষম অ্যাডাপ্টিভ পাওয়ার ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম প্রয়োগ করছেন। এছাড়া, উপাদানগুলির মধ্যে দীর্ঘ বৈদ্যুতিক সংযোগগুলিকে সংক্ষিপ্ত করে সংকেত ক্ষয় ও তাপ উৎপাদন উভয়ই কমানোর জন্য সিলিকন ফোটোনিক্স প্রযুক্তির ব্যবহার ক্রমশ বৃদ্ধি পাচ্ছে। উপকরণের ক্ষেত্রেও আমরা উন্নতি লক্ষ্য করছি। ইন্ডিয়াম ফসফাইড থেকে তৈরি লেজারগুলি ঐতিহ্যগত বিকল্পগুলির তুলনায় ওয়াল প্লাগ দক্ষতায় উত্তম। এই সমস্ত অগ্রগতির ফলে আধুনিক ট্রান্সিভারগুলি প্রতি র্যাক ইউনিটে প্রায় ৪০০ ওয়াট পর্যন্ত শক্তি পরিচালনা করতে পারে এবং একইসাথে তাদের অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা ৫০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের নিচে রাখতে পারে, যা IEEE ও OIF-এর দ্বারা নির্ধারিত অবিরাম উচ্চ-গতির অপারেশনের জন্য প্রয়োজনীয় তাপীয় মানদণ্ড পূরণ করে।

ফর্ম ফ্যাক্টর এবং মানদণ্ড: অপটিক্যাল ট্রান্সিভারগুলিকে অবকাঠামোর প্রয়োজনীয়তা অনুযায়ী মিলিয়ে নেওয়া

সঠিক ফর্ম ফ্যাক্টর নির্বাচন করা হলে পোর্ট ঘনত্ব, তাপীয় ব্যবস্থাপনা এবং বিকশিত অবকাঠামো জুড়ে ইন্টারঅপারেবিলিটি সর্বোত্তম হয়। SFP থেকে QSFP-DD পর্যন্ত মানকীকৃত যান্ত্রিক ও বৈদ্যুতিক ইন্টারফেসগুলি প্লাগ-অ্যান্ড-প্লে সামঞ্জস্যতা নিশ্চিত করে এবং সম্পূর্ণ সিস্টেম আপগ্রেড ছাড়াই ধাপে ধাপে ব্যান্ডউইথ আপগ্রেড সমর্থন করে।

SFP, QSFP, OSFP এবং QSFP-DD — ১ জিবিপিএস থেকে ৮০০ জিবিপিএস পর্যন্ত ঘনত্ব ও গতি বৃদ্ধি

এসএফপি মডিউলগুলি প্রান্ত নেটওয়ার্কিং এবং অ্যাক্সেস পয়েন্টগুলিতে ১ জিবি থেকে ১০ জিবি পর্যন্ত গতি সরবরাহ করতে ছোট ফর্ম ফ্যাক্টরে অত্যন্ত কার্যকর, যেখানে স্থান গুরুত্বপূর্ণ। তারপরে আমাদের কিউএসএফপি সংস্করণগুলি রয়েছে যা চারটি লেনকে একসাথে প্যাক করে, যা আধুনিক ক্লাউড ডেটা সেন্টারগুলির ঘন ঘন সুইচগুলিতে ১০০ জিবি পর্যন্ত গতি সমর্থন করতে উপযুক্ত। ভবিষ্যতের দিকে তাকালে, ওএসএফপি এবং কিউএসএফপি-ডিডি উভয় ফরম্যাটই তাদের আট-লেন আর্কিটেকচার এবং উন্নত তাপ ব্যবস্থাপনা সমাধানের জন্য ৪০০ জিবি থেকে ৮০০ জিবি পর্যন্ত বিশাল ব্যান্ডউইথ প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে সক্ষম। এই নতুন ডিজাইনগুলি পুরনো কিউএসএফপি২৮ মানের তুলনায় প্রতি র্যাক ইউনিটে পোর্ট সংখ্যা দ্বিগুণ করে। সাম্প্রতিক অফ কনফারেন্স (OFC) ২০২৩-এ প্রাপ্ত সদ্য গবেষণা অনুসারে, এই প্রগতির ফলে প্রতি গিগাবিট শক্তি খরচ প্রায় ৩০% কমিয়েছে, যা কোম্পানিগুলিকে তাদের বিদ্যমান ১০০ জিবি অবকাঠামো থেকে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা এবং মেশিন লার্নিং কাজের লোডের জন্য অপ্টিমাইজড এই অগ্রণী ৮০০ জিবি সিস্টেমগুলিতে আপগ্রেড করা অনেক সহজ করে তুলেছে।

এসআর, এলআর, ইআর, জেআর, ডিআর, এফআর: বাস্তব-জগতের প্রয়োগের জন্য রিচ মানদণ্ডের কোড বিশ্লেষণ

রিচ (Reach) শ্রেণিবিভাগগুলি বিভিন্ন দূরত্বে বিভিন্ন ধরনের ফাইবার থেকে আমরা কী প্রত্যাশা করতে পারি তা নির্ধারণ করতে সাহায্য করে। শর্ট রিচ (SR) বা সংক্ষিপ্ত রিচ ৩০০ মিটারের কম দূরত্বের জন্য কাজ করে, যা সাধারণত মাল্টিমোড ফাইবার ব্যবহার করে; এটি প্রায়শই র্যাকের ভিতরে বা ক্যাম্পাস জুড়ে সরঞ্জামগুলিকে সংযুক্ত করতে ব্যবহৃত হয়। লং রিচ (LR) আরও বেশি দূরত্ব অতিক্রম করতে পারে এবং সিঙ্গেল-মোড ফাইবারের মাধ্যমে ১০ কিলোমিটার পর্যন্ত সংযোগ পরিচালনা করতে পারে, যা শহর জুড়ে নেটওয়ার্ক সেটআপের জন্য আদর্শ। এক্সটেন্ডেড রিচ (ER) এই দূরত্বকে আরও বাড়িয়ে প্রায় ৪০ কিমি পর্যন্ত নিয়ে যায়, অন্যদিকে লং হল (ZR) পর্যন্ত ৮০ কিমি পর্যন্ত পৌঁছায়। এই দীর্ঘতর রিচগুলি কার্যকরভাবে কাজ করার জন্য শক্তিশালী লেজার এবং উন্নত ত্রুটি সংশোধন প্রযুক্তির প্রয়োজন হয়, যা ব্যাকবোন নেটওয়ার্ক এবং সাগরতলীয় কেবলগুলিতে ব্যবহৃত হয়। সাম্প্রতিক সময়ে, আধুনিক ডেটা সেন্টারগুলির জন্য বিশেষায়িত শ্রেণিগুলি হিসাবে ডেটা সেন্টার রিচ (DR) এবং ফাইবার রিচ (FR) উদ্ভূত হয়েছে। DR সাধারণত স্পাইন-লিফ আর্কিটেকচারে সার্ভারগুলির মধ্যে ৫০০ মিটার দূরত্বের লিঙ্কগুলি কভার করে, অন্যদিকে FR আইইইই ৮০২.৩ গাইডলাইন অনুযায়ী বিভিন্ন ধরনের ফাইবারের সাথে কাজ করার জন্য মানকৃত স্পেসিফিকেশন প্রদান করে, যা বিভিন্ন নির্মাতার সরঞ্জামগুলির মধ্যে সামঞ্জস্যতা নিশ্চিত করে।